油氣井中爆破工藝的設計

夏國宏

中國石化河南石油工程有限公司測井公司

油氣井中爆破工藝的設計

夏國宏

中國石化河南石油工程有限公司測井公司

油氣井中的爆破屬于特種爆破作業類別，在選取雷管時，安全性、耐溫抗壓性是主要的檢測項目。油氣井射孔作業中出現的斷爆（中途停爆）、拒爆等事故都和導爆索的質量有關。因此要選擇耐溫性能高、裝藥密度均勻、無打扭斷藥的導爆索。數碼電子免疫雷管的應用，很好地解決了施工的安全問題。爆破技術和其他井下油氣開采技術的聯合作業，也是新的發展方向。

爆破；油氣井；聚能射孔

在爆破技術中，油氣井中的爆破屬于特種爆破作業類別，使用的器材與巖土爆破和拆除爆破不同，要滿足特定的環境要求。油氣井中的爆破，主要解決打開地層和井筒的連接、井下工程事故等作業。具體體現為油氣開采中的聚能射孔作業、聚能切割作業、爆炸松扣作業、高能氣體燃燒壓裂、油井清潔解堵和套管補貼等作業。以上的各種特種爆破作業，都離不開爆破器材，根據爆破對象、目的的不同需要采用專用的爆破器材和特種的爆破工藝。

我國陸地大部分油氣井，都是以套管完井的。也就是在鉆井鉆開地層后，下入套管。下入套管后，再進行固井作業，將特制的水泥固定在地層和套管之間，防止地層之間沿套管壁外側聯通。一般的爆破作業都是在內層套管中進行的，要通過爆破作業打通套管和水泥環，建立起井筒和地層的通道，油氣通過這個通道從地層進入井筒。

1 爆破器材的選取

一般的油氣井，油氣層的埋藏深度為1 000～4 000m，最高井溫為150℃，壓力為70MPa；超深井為6 000～8 000m，壓力為140MPa。在這樣高溫、高壓下實施爆破，爆破器材的發火感度、熱穩定性、爆炸威力等必須確保能夠正常作用，以達到工程設計的要求。油氣井燃燒爆破器材必須具有良好的密封、絕緣性能。

（1）起爆類器材。目前選取的起爆類器材主要是雷管。按照不同的施工方式分為電纜類射孔及其他作業使用的安全磁電雷管、大電流安全雷管，油管類射孔及其他作業使用的撞擊起爆雷管、壓力起爆雷管。在選取雷管時，安全性、耐溫抗壓性是其主要的檢測項目。選取時要求產品經過震動試驗：150mm/10min不得發火，結構不得破壞；靜電感應試驗：抗靜電10 kV±0.5 kV；耐溫發火試驗：180℃/2 h應能發火；輸出試驗：可靠引爆DN6mm長50mm導爆索。輔助起爆的壓力開關導通壓力大于1.8mPa；耐溫達到A型：160℃、60MPa/48 h，B型：220℃、60MPa/36 h；安全電流（直流）達到1A；發火電流達到（直流）：2A。

（2）傳爆類器材。目前選取的傳爆類器材主要有傳爆管和導爆索。這兩種器材的藥芯直接決定其耐溫性能，它的藥芯由黑索金、泰安等高威力爆藥制成，國產導爆索的爆速為6 500～8 000m/s。在石油射孔系統中，主要用于射孔彈之間的聯接并起爆射孔彈作用。油氣井射孔作業中出現的斷爆（中途停爆）、拒爆等事故都和導爆索的質量有關。因此要選擇耐溫性能高、裝藥密度均勻、無打扭斷藥的導爆索。另外還要注意導爆索遇高溫的收縮性，一旦導爆索收縮引起斷裂，將會嚴重影響射孔質量。由于導爆索本身就是一種威力很強的爆炸器材，它也常常應用到油氣井的爆炸松開作業中，根據計算藥量，在鉆井卡點實施松扣爆炸，解決卡鉆難題。

（3）射孔彈。射孔彈是根據聚能原理由廠家生產的定型產品，由彈殼、聚能裝藥、藥形罩組成。炸藥是聚能射流的能源，孔道容積、射孔深度與爆轟壓力有關，同時還應考慮炸藥的耐熱能力和溫度—時間曲線。為了提高射孔彈性能和井下耐溫性能，通常采用聚黑—16（R852）炸藥、聚黑—14（R791）炸藥、聚奧—6（JO—6）炸藥和耐高溫S992炸藥、Y971炸藥。藥形罩的材料一般是由不易被氣化且射孔后不會形成杵體堵塞孔道的材料，如粉末冶金藥形罩。隨著現代工藝的發展，在藥形罩的研究上更先進，目前的自清潔射孔技術，就是利用在藥形罩中摻入有效成分，能形成在孔道內的二次燃爆，解決孔道杵堵和擴充孔容。按照射孔彈結構分類，可以選擇不同尺寸的彈型，滿足不同井況。DP系列射孔彈具有強力穿透性能，適用于低孔、低滲透、致密層等復雜油氣井射孔作業；BH系列射孔彈具有大孔徑、高孔密、低碎屑等特點，適用于稠油層、疏松巖層等復雜油氣井射孔作業。

（4）切割彈。為了修井的需要，必須對一些油管、套管進行打撈、修復，這些措施都要用到爆炸切割處理的方法。聚能切割彈和射孔彈聚能原理相同，但它是平面對稱線性裝藥，形成一個環形射流平面，達到內切目的，見圖1。根據不同的油管或套管內徑，選擇切割彈的尺寸，保留一定的炸高（炸高選擇2～15mm，效果最好）和間隙，比如DN55mm切割彈切割DN73mm油管，DN68mm切割彈切割DN89mm油管等。

圖1 聚能射孔彈射流的形成

2 爆破工藝的設計

目前在油氣中主要的射孔工藝，分為電纜傳輸方式和油管傳輸方式。電纜傳輸射孔特點是施工簡便、施工周期短。

（1）電纜傳輸射孔施工設計。首先要根據油氣層的厚度設計射孔槍。射孔槍的長度一般1～4m，由特種鋼管加工而成，可以耐壓70～140mPa。射孔槍內部彈架按照螺旋方向布孔，一般孔密為每米8～20孔。射孔彈裝入孔中固定，再通過導爆索將每個射孔彈連起來，導爆索頭部安裝磁電雷管，通過上、下接頭將射孔槍密封起來，留點火引線和井下工具連接，再由電纜絞車將射孔槍送入目的地層，跟蹤校深點火，實現射孔作業。在電纜傳輸射孔的施工設計中，射孔彈的選擇對穿深、防砂有很大影響，可以根據地層性質優化選擇射孔。

（2）油管傳輸射孔（TCP）施工設計。相對于電纜傳輸的模式，油管傳輸可以一次射孔開幾十米甚至幾百米的油層。因此對爆破器材的要求也更高些。除了在電纜射孔中用到的射孔彈、導爆索外，還要有連接射孔槍之間的傳爆管和壓力或撞擊起爆器。在使用壓力起爆器時，需要合理計算壓力值。

3 爆破作業的現場施工

和其他爆破作業一樣，油氣井的爆破現場施工，最重要的還是爆破器材的安全問題。必須嚴格遵守的規則有以下幾點:

（1）油管傳輸方式下起爆器材和傳爆器材的連接必須在井口完成，也就是起爆雷管的安裝，要等射孔槍（爆炸桿、切割器）下入井中后，再進行起爆雷管和導爆索的連接。同樣道理，遇到啞炮時，也要在射孔槍（爆炸桿、切割器）從井下起出至井口時拆卸起爆雷管；若使用撞擊起爆方式，未引爆的，必須先打撈撞擊投棒。

（2）在電纜傳輸方式下，磁電雷管和導爆索連接后，嚴格控制點火線的聯通。必須在射孔器下入井中50 m以下再打開儀器電源。嚴禁在地面聯炮期間打開地面電源或校驗儀器。遇到啞炮時，也必須在起出射孔器前，關閉電源，起出后拆卸掉雷管，嚴禁雷管和爆破器材同時運輸。

（3）施工現場禁止使用無線通訊工具。

（4）裝配射孔彈、導爆索、射孔槍時嚴禁用鐵器及其他硬物打擊和沖撞。

4 結語

隨著油田勘探開發的需要，爆破技術在油氣井中的應用得到了更進一步的發展。如多脈沖復合射孔技術就是近幾年推廣應用的新技術，它就是利用多種組合的火藥依次燃燒，產生的高溫高壓氣體以沖擊加載的形式沿射孔孔道沖擊擠壓地層，使射孔孔道以裂縫的形式延伸擴展，更有益于油氣層內油氣的產出。再如數碼電子免疫雷管的應用，很好地解決了施工的安全問題。爆破技術和其他井下油氣開采技術的聯合作業，也是新的發展方向，如射孔—測試聯作技術，定方位射孔技術等。爆破技術已經成為了油田勘探開發不可或缺的一個方面，今后的應用將更加廣泛。

13937796617、R76930@sina.com

（欄目主持張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.029

夏國宏：測井工程師，國家注冊安全工程師，中級爆破工程技術人員，長期從事油氣井射孔及相關的爆破作業工作。